Сад может быть конкурентной средой. Растения и невидимые микроорганизмы в почве нуждаются в драгоценном пространстве для роста. И чтобы получить это место, микроб может производить и использовать химические вещества, которые убивают его конкурентов-растений. Но микробу тоже нужен иммунитет от собственных ядов.
Исследуя этот защитный щит в микроорганизмах, особенно в генах, которые могут его создать, команда инженеров и ученых Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе открыла новый и потенциально очень эффективный тип убийцы сорняков. Это открытие может привести к созданию первого нового класса коммерческих гербицидов более чем за 30 лет, что является важным результатом, поскольку сорняки продолжают развивать устойчивость к существующим схемам гербицидов.
Используя метод, сочетающий науку о данных и геномику, команда обнаружила новый гербицид, изучив гены тысяч грибов в поисках того, который мог бы обеспечить иммунитет против грибковых ядов. Этот подход известен как «исследование генома, направленное на определение резистентности».
Исследование, опубликованное в журнале Nature, также указывает на потенциал использования этого геномного подхода в медицине, начиная от новых антибиотиков и заканчивая передовыми лекарствами для борьбы с раком.
«Микроорганизмы очень умно защищаются от мощных молекул, которые они производят, чтобы убивать своих врагов», - сказал И Тан, один из руководителей исследования и профессор химической и биомолекулярной инженерии, а также химии и биохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе..«Присутствие этих генов устойчивости дает представление о функциях молекул и может позволить нам открыть эти молекулы и применить их для различных целей в области здравоохранения и сельского хозяйства».
Например, если обнаружен ген устойчивости, который защищает микроорганизм от антибактериального продукта, существует вероятность того, что микроорганизм также имеет гены для производства того же антибактериального соединения. Это открытие потенциально может привести к созданию новых антибактериальных препаратов.
Новый гербицид действует путем ингибирования функции фермента, необходимого для выживания растений. Фермент является ключевым катализатором в важном метаболическом пути, который производит незаменимые аминокислоты. Когда этот путь нарушается, растения погибают.
Этот путь отсутствует у млекопитающих, в том числе у людей, поэтому он часто используется в исследованиях и разработках гербицидов. Новый гербицид работает на другой части пути, чем существующие гербициды. Коммерческий продукт, в котором он используется, потребует дополнительных исследований и одобрения регулирующих органов.
"Важным аспектом работы является то, что мы не только открыли новый гербицид, но и его точную цель в растении, открывая возможность модификации сельскохозяйственных культур, чтобы они были устойчивыми к коммерческому продукту на основе этого гербицида", сказал соруководитель исследования Стивен Якобсен, профессор молекулярной, клеточной и биологии развития в Колледже Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. «Мы рассчитываем на сотрудничество с крупными агрохимическими компаниями для дальнейшего развития этого перспективного направления».
Чтобы подтвердить эффективность нового гербицида, команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе протестировала продукт, произведенный грибком, на обычном растении, используемом в лабораторных исследованиях, под названием арабидопсис. В экспериментах продукт убивал растения после того, как они были им опрысканы. Исследователи также имплантировали ген устойчивости гриба в геномы арабидопсиса. Растения, в которых был имплантирован ген устойчивости, были невосприимчивы к гербициду.
«Появление сорняков, устойчивых к гербицидам, препятствует использованию всех используемых классов гербицидов; фактически, за последние 30 лет не было коммерциализировано ни одного нового типа», - сказал Ян Ян, аспирант химического машиностроения Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который был ведущим автором статьи. «Мы считаем, что этот новый мощный гербицид в сочетании с невосприимчивыми к нему культурами дополнит срочные усилия по преодолению устойчивости сорняков».